La técnica electrofisiológica de registro intracelular se demuestra y se utiliza para determinar las sensibilidades espectrales de las células fotorreceptoras individuales en el ojo compuesto de una mariposa.
registro intracelular es una técnica poderosa utilizada para determinar cómo una sola célula puede responder a un estímulo dado. En la investigación de la visión, el registro intracelular ha sido históricamente una técnica común utilizada para estudiar la sensibilidad de las células fotorreceptoras individuales a diferentes estímulos luminosos que se sigue utilizando hoy en día. Sin embargo, sigue habiendo una escasez de metodología detallada en la literatura para los investigadores que desean replicar experimentos registro intracelular en el ojo. Aquí se presentan los insectos como modelo para examinar la fisiología del ojo de manera más general. células fotorreceptoras de insectos se encuentran cerca de la superficie del ojo y por lo tanto son fáciles de alcanzar, y muchos de los mecanismos implicados en la visión se conservan a través de filos animal. Se describe el procedimiento básico para la grabación intracelular in vivo de las células fotorreceptoras en el ojo de una mariposa, con el objetivo de hacer que esta técnica sea más accesible a los investigadores con poca experiencia previa en el correolectrophysiology. Introducimos el equipo básico necesario, cómo preparar una mariposa en vivo para la grabación, la forma de insertar un microelectrodo de vidrio en una sola celda, y, finalmente, el procedimiento de grabación en sí. También se explica el análisis básico de datos de respuesta primas para la determinación de la sensibilidad espectral de distintos tipos de células. Aunque nuestro protocolo se centra en la determinación de la sensibilidad espectral, otros estímulos (por ejemplo, luz polarizada) y variaciones del método son aplicables a esta configuración.
Las propiedades eléctricas de las células tales como neuronas se observan mediante la medición de flujo de iones a través de las membranas celulares como un cambio en el voltaje o la corriente. Una variedad de técnicas electrofisiológicas han sido desarrollados para medir eventos bioeléctricos en las células. Las neuronas que se encuentran en los ojos de animales son accesibles y sus circuitos a menudo es menos compleja que en el cerebro, por lo que estas células buenos candidatos para el estudio electrofisiológico. Las aplicaciones más comunes de electrofisiología en el ojo incluyen el electrorretinograma (ERG) 1,2 y el registro intracelular de microelectrodos. ERG consiste en colocar un electrodo en o sobre el ojo de un animal, la aplicación de un estímulo de luz, y midiendo el cambio en la tensión como una suma de las respuestas de todas las células cercanas 3-6. Si uno está interesado específicamente en la caracterización de las sensibilidades espectrales de las células fotorreceptoras individuales, a menudo múltiples tipos de células responden de forma simultánea en diferentes puntos fuertes a un estímulo determinado; Por lo tanto,puede ser difícil de determinar las sensibilidades de los tipos celulares específicos a partir de datos ERG especialmente si hay varios tipos diferentes de células fotorreceptoras espectralmente similares en el ojo. Una posible solución es crear transgénico con el gen de Drosophila fotorreceptor (opsina) de interés se expresa en las células mayoría R1-6 en el ojo y después realizar ERGs 7. Las posibles desventajas de este método son que no a baja expresión de la proteína fotorreceptor 8, y el período de tiempo largo para la generación y detección de animales transgénicos. Para los ojos con un menor número de tipos de fotorreceptores espectralmente distintas, la adaptación del ojo con filtros de color puede ayudar con la reducción de la contribución de algunos tipos de células a la ERG, permitiendo de ese modo la estimación de máximos sensibilidad espectral 9.
registro intracelular es otra técnica en la que una multa electrodo empala una célula y se aplica un estímulo. Los registros de electrodos sólo eso IndivLa respuesta de las células idual de manera que a grabar y analizar varias celdas individuales puede producir sensibilidades específicas de los diferentes tipos de células fisiológicamente 10-14. Aunque nuestro protocolo se centra en el análisis de sensibilidad espectral, los principios básicos de intracelular de grabación con electrodos afilados son modificables para otras aplicaciones. El uso de una preparación diferente de una muestra, por ejemplo, y el uso de electrodos de cuarzo afilados, se puede grabar de más profundo en el lóbulo óptico o de otras regiones en el cerebro, dependiendo de la pregunta que se hace. Por ejemplo, los tiempos de respuesta de las células fotorreceptoras individuales 15, la actividad de células en la óptica lóbulos 16 (lámina, médula o lobula 17), cerebro 18 o otros ganglios 19 también se pueden grabar con técnicas similares, o estímulos de color podría sustituirse con polarización 20 -22 o moción estímulos 23,24.
Fototransducción, el proceso por el cual la luzla energía es absorbida y convertida en una señal electroquímica, es un antiguo rasgo común a casi todos los presentes el día 25 filos animales. El pigmento visual que se encuentra en las células fotorreceptoras y responsable de iniciar la fototransducción visual es la rodopsina. Rhodopsins en todos los animales se componen de una proteína opsina, un miembro de la familia 7 transmembrana G receptor acoplado a la proteína, y un cromóforo asociado que se deriva de la retina o una molécula similar 26,27. Opsin secuencia de aminoácidos y la estructura de cromóforo afectar la absorbancia de la rodopsina a diferentes longitudes de onda de luz. Cuando un fotón es absorbida por el cromóforo de la rodopsina se activa, iniciando una cascada de proteína G en la célula que en última instancia conduce a la apertura de los canales iónicos de membrana 28. A diferencia de la mayoría de las neuronas, las células fotorreceptoras se someten a posibles cambios graduales que se pueden medir como un cambio relativo en la amplitud de la respuesta con el cambio de estímulo luminoso. Normalmente, un dadotipo de fotorreceptor expresa sólo un gen de la opsina (aunque existen excepciones 8,10,29-31). la visión del color sofisticado, de la que se encuentra en muchos vertebrados y artrópodos, se consigue con un ojo complejo de cientos o miles de células fotorreceptoras cada que expresan uno o más tipos de vez en cuando rodopsina. La información visual se captura mediante la comparación de las respuestas sobre el mosaico fotorreceptor través de la señalización neural aguas abajo complejo en el ojo y el cerebro, dando como resultado la percepción de una imagen completa con el color y el movimiento.
Después de medir las respuestas primas de una célula fotorreceptora a diferentes longitudes de onda de luz a través de registro intracelular, es posible calcular su sensibilidad espectral. Este cálculo se basa en el principio de univariante, que establece que la respuesta de una de las células fotorreceptoras depende del número de fotones que absorbe, pero no en las propiedades particulares de los fotones que absorbe 32. Cualquier fotón que es absorbed por rodopsina inducirá el mismo tipo de respuesta. En la práctica, esto significa que la amplitud de la respuesta en bruto de una célula aumentará ya sea debido a un aumento en la intensidad de la luz (más fotones para absorber), o a un cambio en la longitud de onda hacia su sensibilidad pico (mayor probabilidad de rodopsina de absorción de esa longitud de onda). Hacemos uso de este principio en relacionar las respuestas celulares a una intensidad conocida y la misma longitud de onda de respuestas a diferentes longitudes de onda y la misma intensidad pero la sensibilidad relativa desconocida. Los tipos de células a menudo se identifican por la longitud de onda a la que sus picos de sensibilidad.
Aquí se muestra un método para el registro y análisis de sensibilidad espectral de los fotorreceptores en el ojo de una mariposa intracelular, con un enfoque en lo que este método sea más accesible para la comunidad científica en general. Aunque registro intracelular sigue siendo común en la literatura, particularmente con respecto a la visión de color en los insectos, hemos encontrado that descripciones de materiales y métodos son por lo general demasiado breve para permitir la reproducción de la técnica. Presentamos este método en el formato de vídeo con el fin de permitir su replicación más fácil. También describimos la técnica utilizando un equipo fácil de obtener y asequible. Nos dirigimos advertencias comunes que a menudo no son reportados, que ralentizan la investigación la hora de optimizar una nueva y compleja técnica.
registro intracelular puede ser una técnica difícil de dominar debido a los muchos pasos técnicos involucrados. Para los experimentos con éxito varios puntos importantes deben ser considerados. En primer lugar, es importante tener una mesa adecuadamente aislado vibratoriamente-en el que se realiza el experimento. Muchos investigadores utilizan mesas de aire, que separan completamente de la mesa de la base, dando el aislamiento de vibración superior. Nuestra configuración consiste en una mesa de mármol de espesor …
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a finales Rudy Limburg para fabricar el perímetro del brazo de cardán, Kimberly Jamison, Mateo McHenry, y Raju Metherate por prestarnos el equipo, y Almut Kelber y Kentaro Arikawa, para el estímulo. Este trabajo fue apoyado por una Fundación Nacional de Ciencia (NSF) Licenciado beca de investigación para KJM y NSF IOS-1.257.627 a ADB
Butterfly pupae | Several local species available, need USDA permits for shipping. Carolina Bio Supply has several insect species that may be ordered within the U.S. without the need for additional permits | ||
Large plastic cylinder | Any chamber that remains humidified will work | ||
Insect pins, size 2 | BioQuip | 1208B2 | |
100% Desert Mesquite Honey | Trader Joe's | Any honey or sucrose solution will work | |
Xenon Arc Lamp | Oriel Instruments | 66003 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Universal Power Supply | Oriel Instruments | 68805 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Optical Track | Oriel Instruments | 11190 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Rail Carrier, Large (2x) | Oriel Instruments | 11641 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Rail Carrier, Small (4x) | Oriel Instruments | 11647 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Thread Adaptor, 8-32 Male to 1/4-20 Male, pack of 10 | Newport Corporation | TA-8Q20-10 | |
Optical Mounting Post, 1.0 in., 0.5 in. Dia. Stainless, 8-32 & 1/4-20 (5x) | Newport Corporation | SP-1 | |
No Slip Optical Post Holder, 2 in., 0.5 in. Diameter Posts, 1/4-20 (5x) | Newport Corporation | VPH-2 | |
Fixed lens mount, 50.8 mm | Newport Corporation | LH-2 | |
Fixed lens mount, 25.4 mm | Newport Corporation | LH-1 | |
Condenser lens assembly | Newport Corporation | 60006 | |
Convex silica lens, 50.8 mm | Newport Corporation | SPX055 | |
Six Position Filter Wheel, x2 | Newport Corporation | FW1X6 | |
Filter Wheel Mount Hub | Newport Corporation | FWM | |
Concave silica lens, 25.4 mm | Newport Corporation | SPC034 | |
Collimator holder | Newport Corporation | 77612 | |
Collimating beam probe | Newport Corporation | 77644 | |
Ferrule Converter, SMA Termination to 11 mm Standard Ferrule | Newport Corporation | 77670 | This adapter allows the fiber optic to fit into the collimator holder |
600 μm diameter UV-vis fiber obtic cable | Oriel Instruments | 78367 | Oriel is now a part of Newport Corporation |
Shutter with drive unit | Uniblitz | 100-2B | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 0.1 OD | Newport | FRQ-ND01 | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 0.3 OD | Newport | FRQ-ND03 | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 0.5 OD | Newport | FRQ-ND05 | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 1.0 OD | Newport | FRQ-ND10 | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 2.0 OD | Newport | FRQ-ND30 | |
UV Fused Silica Metallic ND Filter, 3.0 OD | Newport | FRQ-ND50 | |
LS-1-Cal lamp | Ocean Optics | LS-1-Cal | |
Spectrometer | Ocean Optics | USB-2000 | |
SpectraSuite Software | Ocean Optics | ||
Interference bandpass filter, 300 nm | Edmund Optics | 67749 | |
Interference bandpass filter, 310 nm | Edmund Optics | 67752 | |
Interference bandpass filter, 320 nm | Edmund Optics | 67754 | |
Interference bandpass filter, 330 nm | Edmund Optics | 67756 | |
Interference bandpass filter, 340 nm | Edmund Optics | 65614 | |
Interference bandpass filter, 350 nm | Edmund Optics | 67757 | |
Interference bandpass filter, 360 nm | Edmund Optics | 67760 | |
Interference bandpass filter, 370 nm | Edmund Optics | 67761 | |
Interference bandpass filter, 380 nm | Edmund Optics | 67762 | |
Interference bandpass filter, 390 nm | Edmund Optics | 67763 | |
Interference bandpass filter, 400 nm | Edmund Optics | 65732 | |
Interference bandpass filter, 410 nm | Edmund Optics | 65619 | |
Interference bandpass filter, 420 nm | Edmund Optics | 65621 | |
Interference bandpass filter, 430 nm | Edmund Optics | 65622 | |
Interference bandpass filter, 440 nm | Edmund Optics | 67764 | |
Interference bandpass filter, 450 nm | Edmund Optics | 65625 | |
Interference bandpass filter, 460 nm | Edmund Optics | 67765 | |
Interference bandpass filter, 470 nm | Edmund Optics | 65629 | |
Interference bandpass filter, 480 nm | Edmund Optics | 65630 | |
Interference bandpass filter, 492 nm | Edmund Optics | 65633 | |
Interference bandpass filter, 500 nm | Edmund Optics | 65634 | |
Interference bandpass filter, 510 nm | Edmund Optics | 65637 | |
Interference bandpass filter, 520 nm | Edmund Optics | 65639 | |
Interference bandpass filter, 532 nm | Edmund Optics | 65640 | |
Interference bandpass filter, 540 nm | Edmund Optics | 65642 | |
Interference bandpass filter, 550 nm | Edmund Optics | 65644 | |
Interference bandpass filter, 560 nm | Edmund Optics | 67766 | |
Interference bandpass filter, 570 nm | Edmund Optics | 67767 | |
Interference bandpass filter, 580 nm | Edmund Optics | 65646 | |
Interference bandpass filter, 589 nm | Edmund Optics | 65647 | |
Interference bandpass filter, 600 nm | Edmund Optics | 65648 | |
Interference bandpass filter, 610 nm | Edmund Optics | 65649 | |
Interference bandpass filter, 620 nm | Edmund Optics | 65650 | |
Interference bandpass filter, 632 nm | Edmund Optics | 65651 | |
Interference bandpass filter, 640 nm | Edmund Optics | 65653 | |
Interference bandpass filter, 650 nm | Edmund Optics | 65655 | |
Interference bandpass filter, 660 nm | Edmund Optics | 67769 | |
Interference bandpass filter, 671 nm | Edmund Optics | 65657 | |
Interference bandpass filter, 680 nm | Edmund Optics | 67770 | |
Interference bandpass filter, 690 nm | Edmund Optics | 65659 | |
Interference bandpass filter, 700 nm | Edmund Optics | 67771 | |
Faraday cage | Any metal structure will work that can be grounded and that fits the experimental setup. | ||
Stereomicroscope, 6x, 12x, 25x, 50x magnification | Wild Heerbrugg | Wild M5 | Any Stereomicroscope will do |
Microscope stand with swinging arm and heavy base | McBain Instruments | Any heavy base with arm will do | |
Cardan arm | Custom built, See Figure 4 | ||
Fiber-lite high intensity illuminator | Dolan-Jenner | MI-150 | For lighting specimen |
Fiber-lite goose-neck light guide | Dolan-Jenner | EEG 2823 | Any goose-neck light guide will do |
Marble table | |||
Raised wooden table | Hole should be cut through this table so that the sandbox can rest on the marble table underneath | ||
Wooden box filled with sand | custom built, any box with sand | ||
Manipulator | Carl Zeiss – Jena | ||
Electrode holder | |||
Specimen stage | |||
Alligator clip wires for grounding | |||
Insulated copper wire | |||
Silver wire, 0.125 mm diameter | World Precision Instruments | AGW0510 | |
BNC cables | |||
Preamplifier with headstage | Dagan Corporation | IX2-700 | |
Humbug Noise reducer | Quest Scientific | Humbug | |
Oscilloscope, 30MHz, 2CH, Dual Trace, Alt-triggering, without probe | EZ Digital | os-5030 | |
BNC T-adapter | |||
Powerlab hardware 2/20 | ADI instruments | ML820 | |
Labchart software | ADI instruments | Chart 5 | |
10 MHz Pulse Generator | BK Precision | 4030 | |
Glass pipette puller | Sutter Instruments | P-87 | |
Borosillicate glass capillaries with filament | World Precision Instruments | 1B120F-4 | |
Potassium chloride, 3 M | |||
Slotted plastic tube | |||
Low melting temperature wax | |||
Soldering Iron | Weller | ||
Platform with ball-and-socket magnetic base | Hama photo and video | ||
Double edge carbon steel, breakable razor blade | Electron Microscopy Sciences | 72004 | |
Vaseline | |||
Microsoft Excel | Microsoft |